Diese Seite beschreibt,wie die Ardumower Hauptleiterplatte aufgebaut wird, wie das Programm auf den Arduino aufgespielt wird, und wie man den Mähroboter konfiguriert.

Benötigte Module für den Ardumower

Überblick

Alle Module und Teile können über den Shop bezogen werden.

Was wird für den Aufbau eines Ardumowers alles benötigt:

Das Ardumower Chassis inklusive Motoren und Hauptplatine

Wichtige Module dazu wählen:

Optionale Module:

1 x Ardumower Power Pack

1 x 3 Messer + 3 Schrauben passend z.B. für Automower® von Husqvarna®

PCB

Kernstück der Steuerung ist ein fertiges Microcontroller-Modul (Arduino Mega 2560 verwendet 54 I/O pins).

Komponenten Überblick
Die Ardumower LP verbindet alle Module (verfügbar im Shop)
PCB oben
PCB unten
PCB und MC33926

Hauptleiterplatte

Die Leiterplatte wurde mit folgenden Parametern entwickelt:

LP Abmessungen 241x114mm
Alle Module (Motortreiber, Bluetooth, usw.) können auf die Leiterplatte gelötet (oder gesteckt) werden (Modules sind im Ardumower-Shop verfügbar)
Verwendet den Arduino Mega 2560
Optional: kann der Arduino Due mittels zusätzlicher LP-Adapter verwendet werden
Optional: integrierter Ladestromkreis (Strombegrenzung)
alle Verbindungen, einschliesslich +5V und GND, sind über Steckverbinder realisiert
Max. Strombelastung der Leiterbahnen (für Motoren): 8A

PCB Bauanleitung

Roboterplatine v0.5 (1. Prototyp, bitte nicht mehr verwenden)

Roboterplatine v1.2 (geringe Layoutänderungen)

12V/24V: Die Platine ist für 24V ausgelegt worden. Für 12V müssen einige wenige Sachen geändert werden auf der 1.2 Platine:

R2 Vorwiderstand „Led Betriebsspannung“ muss bei 12V auf 560OHm angepasst werden
R11 Vorwiderstand“StationsLED „ muss bei 12V auf 560OHm angepasst werden
und man benötigt noch statt den 24V Relais ein 12V Relais.

Bemerkung: Das Schaltbild und die Platinen-Zeichnungen wurden mit KiCad entwickelt. Sie können hier heruntergeladen github und damit bearbeitet werden KiCAD software.

PCB Bauanleitung Videos

Leiterplatten Jumper

Wenn benutzt...	...JA	...NEIN	Kommentar
integrierter Laderegler mit einstellbarem Spannungsregler (LM350T) mit Potentiometer für einstellbare Ladespannung (empfohlen: Nein)	D7: DIODE D3: DIODE C1, C4, U4, RV1: verwendet	D7: brücken D3: brücken C1, C4, U4, RV1: nicht verwendet	Bei externem Ladegerät nicht verwenden
externe Stromversorgung währen des Ladens (empfohlen: Nein)	JP6: geschlossen JP7: offen D4: DIODE C5: nicht verwendet	JP6: offen JP7: geschlossen D4: brücken C5: verwendet	um Platine von aussen mit Strom zu versorgen (trennt Akku von Platine) während des Ladens
von Arduino gesteuertes Laderelais (empfohlen: ja)	JP4: geschlossen JP5: offen	JP4: offen JP5: geschlossen	verwendet für vom Arduino gesteuertem Laderelais (keine automatische Ladung)
Arduino Due (3.3V I/O)	LP0, ..., LP15: offen	LP0, ..., LP15: geschlossen	Nicht verwenden bei Arduino Mega
Bluetooth VCC=3.3V	JP8: offen JP9: geschlossen	JP8: geschlossen JP9: offen	viele neuere Module laufen mit 3.3V
Bluetooth Programmier-Modus	JP2: geschlossen	JP2: offen	verwendet für Programmierung der BAUD-Rate usw.

Leiterplatten-Module

Wichtig für Marotronics INA169: Pads verlöten für 5A Betrieb

Module	Feature	Pinout	Optional	Comment
U1	DC/DC Wandler (10V)	GND, Vout, Vin, GND	Nein
U2	Bluetooth (HC-05)	VCC, GND, TXD, RXD, Key, LED	Ja
U3	Stromsensor (Ladestrom)	VCC, GND, OUT, IP+, IP-5	Ja
U4	Laderegler (LM350T)	AJD, OUT, IN	Ja
U5	Stromsensor (währen des Ladens)	VCC, GND, OUT, IP+, IP-5	Ja
U6	DC/DC Wandler (3.3V)	GND, Vout, Vin, GND	Nein
U7	DC/DC Wandler (5V)	GND, Vout, Vin, GND	Nein
U8	Echtzeituhr (DS1307)	Batt, GND, VCC, SDA, SCL, DS, SQ	Ja
U9	WLAN (ESP8266)	TX, CH_PD, Reset, VCC, GND, GP_IO2, GP_IO0, RX	Ja
U10	Pegelwandler 5V->3V (Arduino Due)		Ja
U11	WLAN(ESP8266)	TX, CH_PD, Reset, VCC, GND, GP_IO2, GP_IO0, RX	Ja	alternative Montageposition

Leiterplatten Steckverbinder

Connector	Feature	Pinout	Optional	Comment
P1	Sonar mitte (HC SR-04)	5V, GND, Trigger, Echo	ja
P2	Sonar rechts (HC SR-04)	5V, GND, Trigger, Echo	ja
P3	Sonar links (HC SR-04)	5V, GND, Trigger, Echo	ja
P4	reserviert		ja
P5	IMU (gyro,acceleration,compass) (GY-80)		ja
P6	Rasensensor		ja
P7	Status LEDs		ja
P8	Odometrie rechts		ja
P9	Odometrie links		ja
P10	GPS (GY-NEO6MV2)		ja
P11	Bumper	GND, GND, rechts, links	ja
P12	Perimeter-Empfänger (mitte oder links)	5V, GND, perimeter	ja
P13	R/C Fernsteuerung	5V, GND, mow, steer, speed, switch	ja
P14	Messpunkte	5V, GND, (abhängig von JP15: 3.3V, 5V or Arduino 3.3V)	ja
P15	Antriebsmotor links	M1OUT1, M1OUT2	Nein
P16	Optionaler Motortreiber-Eingang		ja	nicht verbinden
P17	Optionaler Motortreiber-Eingang		ja	nicht verbinden
P18	Antriebsmotor rechts	M2OUT1, M2OUT2	Nein
P19	Neigungssensor	5V, GND, tilt	ja
P20	Taster (Start/Stop)		Nein
P21	Absturzsensor rechts		ja
P22	reserviert		ja
P23	reserviert		ja
P24	reserviert		ja
P25	reserviert		ja
P26	reserviert		ja
P27	reserviert		ja
P28	reserviert		ja
P29	reserviert		ja
P30	Perimeter-Empfänger rechts		ja
P31	Absturzsensor links		ja
P32	GND		ja
P33	5V		ja
P34	3.3V		ja
P35	Mähmotor Drehzahl		ja
P36	reserviert		ja
P37	Mähmotor		Nein
P38	reserviert		ja
P39	reserviert		ja
P40	User switches		ja
P41	Regensensor		ja
P42	Ladeanschluss		ja
P43	Akku (24V)		Nein
P44	WLAN Modul (ESP8266)		ja
P45	reserviert		ja
P46	reserviert		ja

Stromversorgung

Bitte lies auch den Abschnitt 'Spannungen' unter Motor-Treiber für mehr Informationen über die Motorspannung

Empfehlenswert ist die Verwendung von Step down Spannungswandlern (d.h. Module verwenden LM2596) um die 5V Spannung für den Arduino und alle zusätzlichen Module zu erzeugen. vor der Verbindung mit der Schaltung (Jumper), stelle den Wandler auf 5V ein, dann erst den Jumper schliessen.

Warnung : niemals mehr als 5V an die Arduino 5V pins anlegen, das würde den Arduino zerstören. Deshalb, immer die 5V messen bevor die Verbindung zum 5V Pin des Arduino erfolgt! Alle Komponenten zusammen (wie im Schaltbild gezeigt) benötigen ca. 5W Leistung.

Motoren

Das Ardumower- Design verwendet zwei verschiedene Typen von Motoren. Alle Motoren können im Shop ) erworben werden:

Zwei Getriebemotoren als Antriebe (Radmotoren) mit eingebautem Encoder (für Weg- und Geschwindigkeitssteuerung)
einen Motor (mit hoher Drehzahl) zum Mähen (Mähmotor)

Zur Steuerung der Motoren sind Motortreiber erforderlich. Desweiteren messen wir den Motorstrom mit dem Motortreiber. Dies erlaubt uns, Hindernisse zu detektieren, da der Motorstrom bei Hindernissen ansteigt. Ardumower verwendet zwei Dual MC33926 Motortreiber. Zwei Kanäle für linker und rechter Motor und zwei Kanäle (parallel geschaltet) für den Mähmotor.

Es ist nicht empfehlenswert die Motoren direkt an die Motortreiber anzuschliessen, da gerade beim schnellen Wechsel von Vor- und Rückwärtsfahren (bzw. umgekehrt) hohe Spannungsspitzen auftreten und diese können die Motortreiber auf lange Sicht bestädigen. Daher verwenden wir ein Protector Board zwischen Motortreiber und Motoren.

Spannungen

Der Ardumower verwendet wie alle modernen Systeme 24V Motoren.

Bauanleitung Motortreiber (MC33926)

Eigenschaften des Motortreibers: bis zu 3A, mit integriertem Stromsensor und Thermoschutz

PCB, MC33926, protector and motors
PCB und MC33926
Pin-Belegung
Schaltbild MC33926

Hier findest Du eine Anleitung wie der Motortreiber auf das PCB gesetzt wird.

Video-Anleitung: Dual MC33926

Für Verkabelung von Motortreiber, Protector PCB und Motoren bitte die Anleitung im Abschnitt "Protector PCB" öffnen.

Protector PCB

Protektorboard: Bei 24V Systemen kommt es zu Spannungsspitzen, die den Motortreiber schnell zerstören können. Daher wurde das Protektorboard entwickelt um dies zu verhindern. Es werden 2 Stück benötigt. Einen für die Antriebsräder und einen für den Mähmotor. Schaden kann das Protektorboard auf keinen Fall.

PCB, MC33926, protector and motors
Protector PCB
Protector PCB Verdrahtung
Protector PCB Schaltbild

Bauanleitung Protector board (empfohlen für sicheren Betrieb der Motortreiber!)

Anschluss Radmotoren

PCB, MC33926, protector and motors
Ardumower Getriebemotor(Welle: 8mm Durchmesser, 5900 U/min, 0.055 Nm, Übersetzung: 1:212, Ausgangs-Drehmoment 2.45Nm, Ausgangsdrehzahl 31 U/min)
Motor wiring
Ardumower Getriebemotor Kennlinie (nur Motor)
Getriebe-Spezifikation

Die beiden Getriebemotoren werden unabhängig voneinander gesteuert ('Differentialantrieb') :

Fahren vorwärts/rückwärts
Lenken links/rechts

Die Eigenschaften der Ardumower - Radmotoren:

Eine Drehzahl bis zu 31 U/min erlaubt es, den Roboter mit einer ausreichenden Geschwindigkeit von bis zu (Meter/sec = 31rpm/60 * PI * 0.25m = 0.4m/sec) bei Verwendung von Rädern mit 250 mm Durchmesser, zu bewegen.
ein hohes Drehmoment (2.45 Nm) garantiert, dass der Roboter kleinere Hügel erklimmen kann (mit 2 Motoren, 250 mm Rädern, 31 U/min = 0.4m/s, Beschleunigung = 0.2 ( 1/2 der Nominalgeschwindigkeit) see calculator
Der eingebaute Encoder kann die Drehzahl messen, die Geschwindigkeit und den Weg feststellen.
24V (Laststrom ca. 1A)

Der linke Getriebe-Motor wird wie folgt an das Protector Board angeschlossen:

Motor Anschluss (linker Motor):

Motor (black)  ==== Protector board Motor_1_OUT(1)
Motor (red)    ==== Protector board Motor_1_OUT(2)

Für den rechten Motor entsprechend an Protector board Motor_2_OUT(1,2) anschliessen.

Anschluss Odometrie der Getriebemotoren

Der im Ardumower-Getriebe-Motor eingebaute Encoder hilft dem Ardumower die Drehzahl bzw. zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Hier siehst Du wie die Odometrie der Motoren an das PCB angeschlossen wird.

Motor wiring
Encoder signal

Motor Odometrie Anschluss (linker Motor):

Motor (brown)  ---- PCB VCC
Motor (green)  ---- PCB GND
Motor (blue)   ---- PCB OdometryLeft (3)
Motor (purple) ---- PCB OdometryLeft (4)

Für den rechten Motor entsprechend an "PCB OdometryRight" anschliessen.

WICHTIG: Bei PCB v0.5/1.2 fehlen die Pull-up Widerstände! Du musst sie nachträglich am PCB wie folgt ergänzen:

PCB OdometryLeft(3) --- 4.7k --- 5v
PCB OdometryLeft(4) --- 4.7k --- 5v

Anschluss Mähmotor

PCB, MC33926, protector and motors
Ardumower Mähmotor
Ardumower Mähmotor -Kennlinie
Anlaufstrom
Mähmotor blockiert, 500ms detection (max), waittime: 5sec (min)

Eigenschaften des Ardumower-Mähmotors:

schnell genug um den Rasen zu schneiden (3150 U/min)
genügend Drehmoment (140 mNm / 46 W)
leises Mähen (man hört ihn kaum)
24V, Laststrom ~1.0A (L=2.8mH, R=1.9ohm)

Es wird ein MC33926 Motortreiber in Parallelschaltung zur Ansteuerung des Mähmotors verwendet.

Sicherheitshinweis: Entferne zur Sicherheit stets die Messer bei deinen ersten Tests!

Der Mähmotor wird wie folgt an das Protector board angeschlossen:

 Motor (black)  ==== Protector board Motor_1_OUT(1)
 Motor (red)    ==== Protector board Motor_1_OUT(2)

Reduzierung von Motorstörungen

Folgende Anleitung zeigt wie Du Motorstörungen reduzieren kannst.

Reduzierung von Motorstörungen

Bluetooth-Modul

Am Roboter wird das Bluetooth-Modul HC-05 verwendet, welches das das Serial Port Profil (SPP) unterstützt. SPP verwendet das Bluetooth Service Discovery Protocol (SDP) und das RFCOMM protocol.

Bluetooth HC-05

PCB and HC-05 module
HC-05 Modul
HC-05 Schaltung
HC-05 mit Taster

Zur Programmierung wird der Key-Pin des BT-Modules mit 3,3V vom Arduino verbunden und danach die Verbindung wieder getrennt.

Wiring:

Bluetooth HC05 VCC --- PCB VCC
Bluetooth HC05 GND --- PCB GND
Bluetooth HC05 TX  --- PCB RX 
Bluetooth HC05 RX  --- PCB TX

Besonderheiten: Je nach Lieferant wird das HC-05 Modul mit 5 Volt VCC betrieben; Aufschrift "Power 3.6-6V"(JP 8 anstelle von JP 9 setzen). Sofern sich am Pin "EN" ein Microtaster befindet (siehe Foto), so muss dieser während der Konfiguration gedrückt sein, da ansonsten das Modul nicht erkannt wird. Key-Pin muss wie beschrieben auf +3,3 Volt gesetzt sein (JP 2). Rx/Tx laufen auch hier mit 3,3 Volt.

pfodApp: Jetzt kann die APP pfodApp/ArduRemote gestartet werden und sich mit dem Ardumower verbinden.
Nach erfolgreichem Verbinden leuchtet die Diode D8.

Ladegerät

Hier siehst Du wie der Ardumower-Akku geladen wird. Falls Du keine Ladestation verwenden möchtest (oder für Deine ersten Versuche) kannst Du das Ladegerät direkt an den Ardumower anschliessen.

Wir benutzen ein Lithium Ion e-bike Ladegerät (29.4V, 1.5A Ladestrom-Begrenzung) das über den Marotronics-Shop shop bezogen werden kann . Das Ladegerät wird in einem geschützten Bereich untergebracht (z.B. im Haus) und mit der Ladestation verbunden. Das Ladegerät sollte folgendes leisten( hier für Lithium-Ionen-Zellen, bei Bleiakkus ist es ähnlich aber weniger kritisch):

Laden des Akkupacks über dei Ladeanschlüsse des Roboters
Einhaltung der maximalen Ladespannung (Ladeschluss-Spannung)
Einhaltung dess maximalen Ladestroms (Ladestrom-Begrenzung)

Wenn du ein vorhandenes Ladegerät benutzt, sind diese Anforderungen mit höchstwahrscheinlich erfüllt.

Leistungsbilanz

2 x Getriebemotor jeder 1A (unter Last): 2A, 27V (gemessen mit max. 80% Genauigkeit des Motortreibers)
1 x Mähmotor 1A (unter normaler Last): 1A, 27V (gemessen mit max. 80% Genauigkeit des Motortreibers)
Board: 1A, 5 Volt (nicht gemessen)

Insgesamt: 3A * 27V + 1A * 5V = 81W + 5W = 86W

Akku

Als Akku wird ein 'Sony Konion 7S2P' Lithium Ion Akkupack (Sony Konion US18650V3 2250 mAh cells, Li-Mn), 29.4V x 4500 mAh = 132 Wh, 500 Ladezyklen, 126 x 36 x 65 mm (LBH) verwendet.

Die Mähzeit beträg mit den Ardumower-Motoren ungefähr 1,5 Stunden (132 Wh / 86W).

Akku Lade-/Entladebedingungen für optimale Lebensdauer:

Ladeschlussspannung pro Zelle: max 4.15V ( 0.3A - 0.1A Rest-Ladestrom)
minimale Entladespannung: min 3.1V

Standby-Aus/ Unterspannungsschutz

Der Ardumower kann um einem Unterspannungsschutz erweitert werden. Es gibt zwei Gründe für einen Batterie-Schalter (standby-off mechanism):

1. Grund: Wenn der Roboter nicht innerhalb von 5 min startet,sollte der Akku abgeschaltet werden, um Strom zu sparen.

2. Grund: Moderne Akkus sollten nicht komplett entladen werden. Wenn der Roboter aus irgend einem Grund nicht aufgeladen werden kann und die Akkuspannung unter einen bestimmten Grenzwert fällt, sollte er in der Lage sein, sich selbst abzuschalten (Unterspannungsschutz)

Unterspannungsschutz- PCB
Unterspannungsschutz- PCB Verdrahtung

schematics

Ladestation

Der Roboter findet seine Ladestation, wo er wieder aufgeladen wird mit Hilfe der Perimeter-Schleife. Er fährt also solange in Uhrzeiger-Richtung an der Schleife entlang bis er eine Ladespannung an den Ladeanschlüssen feststellt. Hier stoppt der Roboter und lädt seinen Akku wieder auf. Über den Ladestrom/Standby-Strom erkennt der Schleifensender dass der Roboter in der Station steht und kann dann den Schleifensender abschalten.

Hier siehst Du wie der Ardumower mit einer Ladestation geladen wird:

Ladekontakte

PCB 1.2 (Deutsch)

Inhaltsverzeichnis